Le rotte dei viaggi di James Cook. Il primo viaggio è mostrato in rosso, il secondo in verde, il terzo in blu.

(1772-1775)

A Cook fu nuovamente commissionato da parte della Royal Society un viaggio alla ricerca della Terra Australis. Nonostante lo scetticismo e l'insuccesso del primo viaggio, Dalrymple si rifiutò di credere che non esistesse un continente meridionale.

Cook assunse il comando della HMS Resolution mentre Tobias Furneaux comandava la HMS Adventure. Cook circumnavigò il globo ad una latitudine molto meridionale e fu il primo europeo a superare il Circolo polare antartico il 17 gennaio 1773 raggiungendo i 71°10' Sud.

Dopo aver trascorso la stagione invernale del 1774 in Nuova Zelanda, Cook salpò nel novembre 1774 attraversando il Pacifico meridionale a giungendo, cinque settimane dopo, nella Terra del Fuoco dove rimase per due settimane. Si diresse poi nell'Atlantico verso nord-est. Inaspettatamente avvistò una terra ricoperta di neve e ghiaccio sulla quale sbarcò il 17 gennaio 1775 in una baia riparata che chiamò Possession Bay. Ne tracciò parte della costa, ma non rimase particolarmente affascinato dalla scoperta e ne descrisse anzi la desolazione:

Arrivato all'estremo meridionale di quella terra si rese conto che non era il tanto ricercato continente antartico, chiamò quindi il capo meridionale Cape Disappointment e diede all'isola il nome di Georgia del Sud.

Proseguendo la navigazione scoprì la Nuova Caledonia (4 settembre) e le isole Sandwich Australi. Nella nebbia antartica perse i contatti con Furneaux che proseguì per la Nuova Zelanda dove perse alcuni uomini in uno scontro coi maori.

Cook proseguì l'esplorazione del mare antartico e arrivò in prossimità dell'Antartide ma tornò a Tahiti per fare rifornimento di viveri. Si recò nuovamente a sud nel tentativo di trovare il continente portando nuovamente con sé un indigeno tahitiano, Omai, che però si rivelò meno competente di Tupaia. Al ritorno attraccò a Tonga e sull'Isola di Pasqua. Il suo ritorno pose fine temporaneamente alle ricerche di Terra Australis.

Un altro risultato positivo del secondo viaggio fu il collaudo di uno strumento segnatempo ideato da John Harrison che facilitò la misura accurata delle longitudini.

Al suo ritorno Cook ottenne un congedo con tutti gli onori dalla Marina, ma ciò non lo tenne lontano dal mare e dalla navigazione. Un terzo viaggio alla ricerca del Passaggio a nord-ovest era già pianificato. Cook avrebbe dovuto navigare attraverso il Pacifico e sempre verso est per tornare all'Atlantico mentre un'altra nave avrebbe fatto il percorso contrario.